化工原理优秀课程设计

化工过程和设备课程设计I 丙烯-丙烷精馏装置及其辅助设备 设计 班 级化工1402 学 生 姓 名张雪林 学 号41053 指 导 教 师全部健 姜晓滨 张磊 完 成 日 期7月1日 大连理工大学 Dalian University of Technology 前 言 化工原理课程是化学化工专业学生专业基础课程，作为化工专业出身学生，学好化工原理相关知识对以后从事化工专业相关工作及深入深造科研全部有着很关键意义。经过十二个月化工原理基础知识学习，我们已经基础了解了化工原理在化工生产中关键应用，同时也基础掌握了最基础化工过程计算方法和设计原理。 本设计说明书关键包含概述、方案步骤介绍、精馏塔设计、再沸器设计、辅助设备设计、管路设计、控制方案和经济核实等部分，对丙烯-丙烷精馏装置进行了具体分析设计计算和校核，对于再沸器、辅助设备和管路设计也做了具体设计说明和校对。经过此次化工原理课程设计，完成了对丙烯-丙烷精馏装置设计和计算，此次课程设计既是对化工原理课程学习一个总结，充足利用所学理论知识，也为以后从事化工相关行业工作打下良好基础，在加深对所学知识认识和了解同时，也将所学知识应用到实际化工生产设备设计计算之中，锻炼了将理论应用于实际和理论联络实际能力，相信课程设计在以后学习、工作中全部会起到良好作用。 鉴于设计者经验和水平有限，本设计说明书中还存在很多问题和不足，期望老师给指导和帮助。 目 录 1 丙烯丙烷精馏过程工艺及设备概述 精馏是分离液体混合物（含可液化气体混合物）最常见一个单元操作，在化工、炼油、石化等工业中得到广泛应用。精馏过程是在能量分离剂驱动下（有时外加质量分离剂），利用液相混合物中各组分挥发度不一样，使气、液两相数次直接接触和分离，在此过程中易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，实现原料混合液中各组分分离。该过程是同时传热、传质过程。为实现精馏过程，必需为该过程提供物流贮存、输送、传热、分离、控制等设备、仪表。由这些设备仪表等组成精馏过程生产系统称为精馏装置。 1.1 设计目标和意义 此次设计是为了确定一套年处理量为5105 kmol丙烯丙烷精馏装置设备尺寸及性能参数，以取得较大生产能力及较高生产效率，并尽可能节省能源，降低污染并得到较高经济效益。 1.2 方案确实定和论证 1.2.1 精馏塔介绍 精馏塔是精馏装置关键设备，气、液两相在塔内多级接触进行传质、传热，实现混合物分离，为确保精馏过程能稳定、高效地操作，适宜塔型及合理设计是十分关键。 精馏塔是一圆形筒体，塔内装有多层塔板或填料，塔中部适宜位置设有进料板。两相在塔板上相互接触时，液相被加热，液相中易挥发组分向气相中转移；气相被部分冷凝，气相中难挥发组分向液相中转移，从而使混合物中组分得到高程度分离。 根据塔内件结构，塔设备可分为板式塔和填料塔两大类。在板式塔中，塔内装有一定数量塔盘，气体以鼓泡或喷射形式穿过塔盘上液层使两相亲密接触，进行传质。两相组分浓度沿塔高呈阶梯式改变。在填料塔中，塔内装填一定段数和一定高度填料层，液体沿填料表面呈膜状向下流动，作为连续相气体自下而上流动，和液体逆流传质。两相组分浓度沿塔高呈连续改变。 本设计选择是板式塔。和填料塔相比较，在塔效率上，板式塔效率稳定；在液气比方面，板式塔适应范围较达，而填料塔则对液体喷淋量有一定要求；在安装维修方面，板式塔相对比较轻易进行；因为所设计塔径较大，所以在造价上，板式塔比填料塔更经济部分；而且，板式塔重量较轻。所以，在此次设计中，设计者选择了板式塔。 表1.1 板式塔和填料塔性能比较 项目 板式塔 填料塔 压力降 大 小，适于要求压力降小场所 空塔气速 小 大 塔效率 稳定，大塔比小塔有所提升 塔径在Φ1400mm以下效率较高； 塔径增大，效率常会下降 液气比 适应范围较大 对液体喷淋量有一定要求 持液量 较大 较小 安装维修 较轻易 较困难 造价 直径大时通常比填料塔低 直径小于Φ800mm,通常比板式塔廉价； 直径增大，造价显著增加 重量 较轻 重 材质要求 通常见金属材料制作 可用非金属耐腐蚀材料 1.2.2 常见塔板类型比较 （1）筛板塔板突出优点是结构简单、造价低、塔板阻力小，但过去认为它很轻易漏液、操作弹性小，且易堵塞，应用不广。经过长久研究发觉，只要设计合理和操作合适，筛板仍能满足生产上所要求操作弹性，而且效率较高。现在已成为应用日趋广泛一个塔板。 （2）泡罩塔板在气液负荷有较大变动时也可操作，且含有较高塔板效率，操作弹性较大，不易堵塞，对物料适应性强，长久以来应用较广。但泡罩塔板生产能力不大，结构过于复杂，不仅制造成本高，且塔板阻力大，液面落差也大，近些年来在很多场所已逐步为其它型式塔板所替换。 （3）浮阀塔板浮阀塔板是综合了泡罩和筛板优点研制出来。这种塔操作弹性大，阻力比泡罩塔板大为降低，其生产能力大于泡罩塔板。另外，这种塔板效率高。关键缺点是浮阀使用久后，因为频繁活动而易脱落或被卡住，操作失常。常见浮阀有F1和V4型两种，后者用于减压塔。 在众多类型板式塔中，设计者选择了单溢流型浮阀塔板板式塔，相比较其它类型板式塔，浮阀塔板因为其开度可依据气体经过阀孔气速自动调整，所以能够保持较低操作气速而不发生严重漏液，在较高气速下不产生过大气流阻力，所以采取浮阀塔板板式塔操作弹性大，生产能力大，塔板效率高。总而言之，设计者选择其作为分离设备原因。 1.2.3 操作回流比 精馏塔在开车时原料由进料板加入，或有开车前将料液直接加入釜中。当釜中料液达成合适液位时，再沸器开始加热，使液体部分汽化返回塔内。塔底气相沿塔上升至塔顶，再由塔顶冷凝器将其全部冷凝。开车初始阶段将凝液全部返回塔顶做回流液，即全回流。塔顶回流液沿塔下降，在下降过程中和塔底上升蒸汽数次逆向接触和分离。只要塔板数足够多，塔顶液相回流量足够大，在塔顶即可取得所要求纯度易挥发组分产品。塔底上升蒸汽和塔顶液体回流是精馏过程连续进行必需条件。回流是精馏和一般蒸馏本质区分。 精馏过程回流比是一个关键设计和操作参数，直接关系到设备投资和操作费用大小。 当其它条件不变时，增大回流比加入再沸器和移出冷凝器热流量均随之增加，使设备费用和操作费用增加。因回流比R增大，使精馏段操作线斜率增大而远离平衡线，每块板分离能力提升，使得完成相同分离要求所需理论板数NT降低，精馏塔高度随之降低。不过因为回流比R增大，使塔内气、液相流量增大，引发辅助设备尺寸增大，塔径变大和塔板结构改变，从而影响到设备投资费用。 由此可见，操作回流比改变对精馏装置生产成本影响是双重，故在设计时存在操作回流比优选问题。适宜回流比指操作费用和设备费用之和最小时对应回流比，需进过衡算来决定，其正确值通常较难确定。初步设计时可取经验数据，工程设计通常取1.22.0倍最小回流比。本设计中，设计者选择操作回流比为最小回流比1.4倍。 1.2.4 压力选择 精馏塔